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编号:10270005
四维超声心动图显示房间隔缺损的临床研究
http://www.100md.com 《中华超声影像学杂志》 1998年第1期
     作者:谢明星 王新房 李治安

    单位:430022 武汉,同济医科大学附属协和医院暨心血管病研究所

    关键词:超声心动图描记术;;房间隔缺损

    中华超声影像学杂志980104 摘 要 为了观察房间隔缺损解剖病变的立体结构关系, 对15例正常人和18例房间隔缺损患者的房间隔及其心内血流分流信号进行了四维 (动态三维) 超声心动图重建。 结果表明: 四维超声心动图能直观逼真地展现房间隔解剖结构的立体特征, 对其毗邻结构上、 下腔静脉、 三尖瓣、 主动脉等及相互间的解剖关系也能清晰显示。 从右房或左房侧面对房间隔进行观察, 正常房间隔结构完整; 房缺时, 见房间隔上有缺孔, 其形状、 大小、 数目、 与毗邻解剖结构的关系显示清晰并可观察实时活动。 对血流分流信号进行四维重建, 可显示分流束的立体形态

    及动态变化。 部分病例术中修补后重建见房间隔完整。 研究表明四维超声心动图能观察房间隔缺损解剖病变的立体形态及动态变化, 较两维超声心动图能更准确地区分缺损类型、 测量缺损大小。 并能协助制定治疗方案及评价疗效。
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    Clinical Study of Four-dimensional Echocardiography in Patients with Atrial Septal Defects Xie Mingxing, Wang Xinfang, Li Zhian. Cardiovascular Institute of Union Hospital,Tongji Medical University, Wuhan 430022

    Abstract To observe the steroscopic view of the malformation of the structures in patients with atrial septal defects (ASDs),the atrial septum and shunt flow were reconstructed with four-dimensional echocardiography(4DE) by transthoracic and transesophageal rotational scanning for data gathering in 16 normal subjects and 18 patients with ASDs. The results indicated that 4DE could show the feature of stereoscopic anatomy of ASD. On
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    four-dimensional images, the location, geometry, size, extent of ASDs and its dynamic change could be displayed clearly. The shunt flow could also be reconstrusted to appear as a column and its transversal view and dynamic motion could be observed by the use of the function of ang plane cutting. This study demonstrated 4DE can be helpful to understand the spatial relationship of pathological structure of ASD and its dynamic change. Compare with 2DE, 4DE has greater ability to measure and classify ASD. In addition, 4DE would be assitant with making decision and evaluating effects of the therapy.
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    Key words echocardiography atrial septal defect

    房间隔缺损为先天性心脏病中最常见的一种类型, 约占25%~30%[1]。 在临床上,超声心动图已成为诊断房间缺损的首选方法, 但目前常规使用的超声心动图技术只能在两维平面上显示缺损大小及血液分流信号, 无法直接显示房间隔缺损病变的动态立体解剖结构关系, 给临床准确理解其病变形态及分流束的立体形状带来一定困难。 最近我们采取经胸壁与经食道旋转扫描方式获取两维数据[2~4],运用总体显示方法(volume rendering display) 对15例正常人及18例房间隔缺损患者进行四维 (动态三维) 重建, 以显示其立体解剖结构特征。 重建的图像清晰逼真、立体感强, 能显示缺损的整体形态, 可直接观察其位置、 大小、 数目、 类型以及在心动周期中的动态变化, 现将初步结果报告如下。

    资 料 方 法
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    一、 检查对象

    本组中,房间隔完整者15例, 其中男6例, 女9例。 年龄8~27岁, 平均16.8岁。 经胸检查6例, 经食道检查9例, 内有7例系术中经食道获取数据。

    房间隔缺损者计18例, 男8例, 女10例, 年龄3~24岁, 平均11.7岁。 8例房缺为经胸检查并声学造影所证实, 10例为经食道检查所确定。 全部病例中已有11例经手术修补, 术中诊断与术前超声诊断一致。 其中原发型房缺5例, 继发型房缺6例, 上腔静脉型3例, 下腔静脉型2例, 巨大型2例。 经胸检查获取数据8例,经食道获取数据10例, 其中5例 为术中经食道获取数据。

    二、 仪器

    1. TomTec Echoscan计算机动态三维重建系统。

    2. HP SONOS 1500彩色多普勒血流成像系仪。
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    3. HP多平面 (omniplane) 食道探头, 频率为3.7/5.0 MHz, 操作柄上装有计算机成像系统数控步进马达。

    三、 两维数据采集及四维重建

    采用经胸壁和经食道两种方法获取两维切面数据。 经食道检查探头频率多为5.0 MHz。 经胸壁检查时, 将多平面探头置于胸骨旁或心尖区采集两维图像, 频率多为3.7 MHz。 采集血流数据时, 将两维解剖结构图像加以抑制, 以清晰显示血流束为标准。

    在两维图像清晰显示房间隔结构后, 以间隔2°共90个方位上来获取数据。 并根据心率调节一个心动周期中的取样帧数。 一般为10~20帧。 利用门控系统, 将心率及呼吸阻抗调节在一定范围内, 以减少由于心率过快过慢或呼吸过深过浅所致的误差。 调节好上述参数后, 启动计算机自动数据获取程序, 自动采取系列带有空间位置及时相信息的两维图像。
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    计算机系统对采取的两维图像进行数字化转换并贮存, 抽取心动周期中同一时相各方位的两维图像, 按空间位置彼此横向连接, 插补 (interpolate) 立体方位象素(voxel),建立房间隔结构的锥形数据库 (conical data-set or data bank)。重建时先通过剖切选取某一参考平面, 再将其后侧的全部解剖结构信息调出, 采用总体显示法重建出该平面及其深层结构的立体图。 重建系统运用阶差、 纹理、 距离三种编码方式显示图像的立体感。 另需设置适当的阈值和透明度, 以增强图像的透视感并减少伪影。 重建时需对上述参数进行合理调节, 以获得最佳成像效果[5~7]

    结 果

    本组共33例, 每侧均从四腔观、 左房及右房侧与房间隔平行切面方位进行四维重建, 观察房间隔及分流束的立体形态。

    一、 正常房间隔
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    四腔心切面方位四维重建图像上, 见正常房间隔结构完整, 并可观察到深层房壁结构及二、 三尖瓣的立体解剖位置关系。 在右房侧与房间隔平行方位进行四维显示, 可见房间隔的整体形态, 其结构完整, 房间隔平面上无缺孔或缝隙,与上、 下腔静脉及三尖瓣的立体解剖结构关系显示清楚 (图1)。

    二、 房间隔缺损

    在四腔观方位上, 见房间隔有部分缺损, 残余房间隔呈 “C” 形宽带。 原发孔型房间隔缺损 “C” 形带中断位置近室间隔膜部。 继发孔型房间隔缺失部分位于房间隔中部。 于右房侧与房间隔平行方位进行四维重建时, 可显示房缺的整体形态, 其部位、 形状、 大小及与毗邻结构的立体解剖关系显示清楚。 5例原发孔型房缺其缺损位于房间隔前下部, 6例继发孔型房缺其缺孔位于房间隔中部, 5例上腔型房缺缺孔位于房间隔顶部, 边缘与上腔静脉相延续。 2例下腔型房缺位于房间隔后下部, 缺孔边缘与下腔静脉相连 (图2)。2例混合型缺损范围大, 边缘与
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    上腔或下腔静脉相延续。 5例术中房缺修补后再次重建, 见房间隔完整 (图3)。在四维图像上, 房间隔缺孔的形状并非为规则的圆形, 不同径线上的直径大小不一致。与手术心脏切开观察到的缺损形态相一致。 动态观察时, 见缺损面积大小在心动周期不同时相内有明显改变。

    三、 房间隔缺损心内分流束四维图像

    四维超声心动图能显示分流束的立体形态及在左右房内的空间走向。 通过横断剖切后重建, 可观察到血流的横断面形状, 见有的呈圆形, 有的呈椭圆形或不规则状。 在分流束的不同部位, 其横断面的形态及大小亦有不同, 分流束在心动周期不同时相内的动态改变亦可清楚观察到(图4)。

    讨 论

    房间隔缺损为最常见先天性心脏病, 早期准确的定性与定量诊断对选择适当的手术时机、 制定治疗方案有重要意义。 在临床上, 超声心动图技术为房间隔缺提供一种简单无创的检查方法。 但现有的各种超声心动图技术无法直接显示房间隔缺损解剖病变的立体结构关系, 临床医生需通过观察多个方位的两维切面后, 再想象出房间隔缺损解剖结构病变的整体形态。 这种想象过程通常十分困难且不准确,如要进一步准确想象出其立体结构的动态变化则更为困难。
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    本文中, 作者是将经食道多平面探头直接置于胸壁或插入食道内, 两维数据采集时探头中心轴易于固定, 图像重组效果好。 儿童及胸前透声窗好的成年人,经胸采集的两维图像清晰, 重建图像理想。 胸前透声窗差的患者, 难以获取系列清晰两维图像, 重建效果差。 经食道检查探头紧邻房间隔后方, 且声束方向可垂直于房间隔, 能获取高清晰度的两维图像, 四维重建质量高。 术中经食道患者呼吸心率稳定, 重建图像更为理想。 四维重建图像有如下特征:

    一、 立体显示房间隔缺损形态

    重组的锥形数据库包含了取样区内的全部结构信息, 运用总体显示法重建能显示信息丰富, 结构层次分明的房间隔及缺损病变的立体解剖结构图像, 使我们直接观察到缺损的部位及整体形态。 其毗邻结构如上、 下腔静脉, 房室瓣的立体形态以及它们之间的空间位置能清楚显示。 缺损与这些结构的空间位置关系一目了然, 从而更容易、 更准确区分缺损的类型, 这对从三维空间里去理解房间隔缺损病变, 提高诊断的正确率有很大帮助[8~10]
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    二、 动态显示

    我院曾用经食管检查获取两维图像, 运用手动勾划心内膜边缘, 表面显示(Surface Redering Display) 的方法来重建心动周期内某一时刻点的心脏静态图像[11]。在此基础上, 现用总体显示方法对房间隔进行重建, 其图像不但带有组织特征的灰阶信息, 并可进行动态显示, 它较静态三维超声心动图能更好地显示缺损形态与动态改变。 通过实时观察, 可以了解到缺损大小在整个心动周期中的动态变化。 在本组病例中, 我们观察到舒张期缺损面积较收缩期大, 缺损面积在心动周期不同时刻点的大小不同也是临床上超声测值与手术测值有一定差别的原因之一。

    三、 分流束立体显示

    血流的四维重建能显示出分流束的立体形状, 能清楚观察到柱状血流束的起始部位及在心房内的空间走向[9,12]。 横断剖切后重建, 可显示其横断面形态。 同一分流束不同部位的横断面形态及大小也不相同, 说明分流血液在行进过程中其方向和速度在不断改变。 四维血流图像还可显示分流束在心动周期内的动态变化。
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    四、 协助制定治疗方案及评价疗效

    四维超声心动图能获得类似手术切面的房间隔切面观, 能帮助制定手术治疗方案及评价疗效, 如对指导经导管记忆金属伞关闭房间隔缺损有重要价值[13,14]。 此法为实时的动态显示, 在某种程序上讲, 它较之停跳后切开瘫软空瘪的心脏来观察房间隔更为客观与真实。

    目前能成功应用于临床的四维重建技术均

    图1 正常房间隔

    从右房侧显示正常房间隔右侧面,见房间隔完整;IAS:完整房间隔; SVC:上腔静脉; TV:三尖瓣; RV:右室

    图2 右房侧显示不同类型的房间隔缺损
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    A: 继发孔型房损, 缺损位于房间隔中部(箭头),上、下腔静脉及三尖瓣的相对空间位置关系显示清楚;B: 上腔型房缺,缺损部位与上腔静脉相连;C: 下腔型房缺, 缺损部位与下腔静脉相连(箭头);D: 卵圆窝部位小房缺(箭头);SVC:上腔静脉; IVC:下腔静脉; ASD:房间隔缺损; TV:三尖瓣; RV:右室

    图3 右房侧显示房缺修补术后补片形态

    A为术前经胸壁获取数据重建的房间隔缺损形态(箭头); B为经食道术中房缺修补后重建显示补片(Patch)的位置、大小、形态以及残余房间隔 (Remain);SVC:上腔静脉; IVC:下脉静脉; TV:三尖瓣; RA:右房; RV:右室

    图4 房缺分流束四维重建

    A: 经食道获取数据, 两房图切面方位显示左向右分流束的立体形态(箭头);B: 从右房侧显示其横断面形态(箭头);RA:右房; LA:左房; SVC:上腔静脉; IVC:下腔静脉需脱机处理, 其两维数据获取及三维重建过程所需时间长, 对细微结构的显示不理想。
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    随着计算机技术的发展, 四维超声心动图技术日臻成熟, 受到广泛重视并应用于临床。 如能进一步缩短图像处理及重建时间, 提高分辨力; 设计新的扫描装置与成像方式, 使四维重建能够达到真正的实时显示; 开发彩色编码技术显示血流速度与方向; 增加三维测量功能, 能准确测量面积大小及计算血流量, 四维超声心动图必将在临床心血管疾病诊断中发挥重要作用。

    参 考 文 献

    1王新房, 王加恩, 主编. 超声心动图学. 第2版. 北京: 人民卫生出版社,1985∶386-388.

    2Wang XF. Clinical application of four-dimensional echocardiography. Program and Abstracts of 4th Congress of Federation of Scienties for Medicine and Biology. Beijing,1995∶15.
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    3Roelandt JR, Salustri A, Mumm B, et al. Precardiol three--dimensional echocardiography with a rotational imaging probe: Methods and initial experience. Echocardiography,1995,12(3)∶243.

    4Roelandt JR, Cate FJ, Uletter WB, et al. Ultrasonic three-dimensional visualization of the heart with a multiplane transesophageal imaging transducer. JASE, 1994,7(3)∶217.

    5Wang XF, Li ZA, Cheng TO, et al. Four-dimensional echocardiography: Methodology and clinical application, Am Heant J, 1996,132(3)∶672.
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    6Cao QL, Pandian NG, Azevodo J, et al. Enhanced comprehension of cardiovascular anatomy by three--dimensional echocardiography with the use of mixed shading technique. Echocardiography, 1994,11(6)∶627.

    7Pandian NG, Roelandt J, Nanda NC, et al. Dynamic three--dimensional echocardiography:Methoths and clinical potential. Echocardiography, 1994,11(5)∶237.

    8Marx GR, Fulton FD, Natesag F, et al. Delineation of site, relative size and dynamic geometry of atrial septal defects by real-time three-dimensional echocardiography.JACC, 1995,25(2)∶482.
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    9Belohlavek M, Folcy DA, Gerber TC, et al. Three-and four-dimensioanl cardiovascular ultrasound imaging: A new era for echocardiography. Mayo Clin Proc, 1993, 68∶221.

    10Echo-Scan Version 3.0: Operating Instructions. Tom Tec Imaging Systems Inc.,1995.

    11Wang XF, Li ZA, Chong TO, et al. Clinical application of three-dimensional transesophageal echocardiography. Am Heart J, 1994,128(2)∶380.

    12Salustri A, Reoland J, Ten Cate F, et al. Dynamic transthoracic and transesophageal tridimensional echocardiography using rotational technique. A new perspective in echocardiography. G Ital Cardial, 1994,24(10)∶1187.
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    13Rome JJ, Keane JF, Perry SB, et al. Double-umbrella closure of atrial defects: Initial applications. Circulation, 1990;82∶751.

    14Hellenbrand WE, Fahey JT, Mcgowan FX, et al. Transesophageal echocardiographic guidance of transcatheter closure of atrial defect. Am J Cardiol, 1990,66∶207

    (收稿 1996-04-16 修回 1996-10-04), 百拇医药